Ответы к государственному экзамену по дисциплине "Микропроцессорные устройства систем управления"

Ответы к государственному экзамену по специальности УИТ 2012-2013 уч. г.

IМИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1. Классификация микропроцессорных устройств и особенности проектирования систем на их основе.

Микропроцессор (МП) – программно - управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления этим процессом, выполненное в виде одной или нескольких БИС с высокой степенью интеграции электронных элементов. Микропроцессорная система (МПС)– функционально – законченное изделие, состоящее из одного или нескольких микропроцессорных устройств: микропроцессора и/или микроконтроллера. Отличие МП от других элементов радиоэлектроники - замена схемного метода реализации функций математическим, программным методом. Свойства МПС - высокая гибкость, возможность перенастройки при необходимости изменений алгоритмов управления. МП используются для производства персональных ЭВМ, основа создания встраиваемых систем, телекоммуникационного и портативного оборудования и т.д. Лидеры в производстве микропроцессорных средств - фирмы Motorola и Intel.

МП и МПК классифицируют по ряду признаков.

1. По количеству БИС, составляющих функционально - законченный МПК, различают: - многокристальные МПК; - однокристальные МК (ОМК).

Однокристальный МП (микропроцессоры с фиксированной разрядностью данных ) – это конструктивно-законченное изделие в виде одной БИС. По мере возрастания степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных МП (ОМП) улучшаются. Однако возможности ОМП ограничены аппаратурными возможностями (ресурсами) кристалла и корпуса.

В секционных микропроцессорах в одной БИС реализуется лишь некоторая функциональная часть (секция) процессора. Другое название секционных МП – разрядно-модульные микропроцессоры или микропроцессоры с наращиванием разрядности. Микропроцессорная секция - это БИС, предназначенная для обработки нескольких разрядов данных или выполнения определенных управляющих операций. Секционность БИС МП определяет возможность «наращивания» разрядности обрабатываемых данных или усложнения

Однокристальный микроконтроллер представляет собой устройство, выполненное конструктивно в одном корпусе БИС и содержащее все основные составные части МПК.

2. По назначению микропроцессоры разделяют на: универсальные МП;  специализированные МП.

Универсальными микропроцессорами являются МП общего назначения, которые решают широкий класс задач вычисления, обработки и управления.

Специализированные микропроцессоры предназначены для решения задач лишь определенного класса. К специализированным МП относятся: сигнальные, медийные, мультимедийные МП и транспьютеры.

Сигнальные процессоры предназначены для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени (например, для фильтрации сигналов, вычисления свертки, вычисления корреляционной функции, ограничения и преобразования сигнала, выполнения прямого и обратного преобразования Фурье).

Медийные и мультимедийные процессоры предназначены для обработки аудиосигналов, графической информации, видеоизображений, а также для решения ряда задач в мультимедиакомпьютерах, игровых приставках, бытовой технике.

Транспьютеры предназначены для организации массовых параллельных вычислений и работы в мультипроцессорных системах. Для них характерным является наличие внутренней памяти и встроенного межпроцессорного интерфейса, т.е. каналов связи с другими БИС МП.

3.По характеру временной организации работы МП делят на:

- синхронные МП – те, в которых все процессы синхронизированы сигналами тактового генератора. В этом случае время выполнения операции не зависит от вида выполняемых команд и величин операндов (МП фирмы Intel);

- асинхронные МП - позволяют начало выполнения каждой следующей операции определять по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции (МП фирмы Dec).

4. По способу управления различают микропроцессоры со схемным и с микропрограммным управлением.

Микропроцессоры со схемным управлением имеют фиксированный набор команд, разработанный компанией – производителем, который не может изменяться потребителем.

В микропроцессорах с микропрограммным управлением систему команд разрабатывают при проектировании конкретного МПК на базе набора простейших микрокоманд с учетом класса задач, для решения которых предназначен МПК.

5. По типу архитектуры или принципу построения различают МП с фон-неймановской архитектурой и МП с гарвардской архитектурой.

Фон-неймановская архитектура (одношинная или принстонская) - архитектура с общей, единой шиной для данных и команд. В составе системы в этом случае присутствует одна общая память, как для данных, так и для команд.

Гарвардская архитектура (или двухшинная) - архитектура с раздельными шинами данных и команд. Предполагает наличие в системе отдельной памяти для данных и отдельной памяти для команд. Обмен процессора с каждым из двух типов памяти происходит по своей шине.